一种脱醇型自流平单组分透明有机硅密封胶的研制

赵景铎 杨震 李玉洁 杨潇珂 安静 张燕红

摘 要：以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）为基胶，添加白炭黑、交联剂、偶联剂和催化剂等，研制单组分透明脱醇有机硅密封胶。探讨了107硅橡胶粘度选择、交联剂的添加量和偶联剂种类对密封胶性能的影响，以及硅橡胶粘度的最佳配比。透明密封胶具有自流平特性，且具有耐温性、耐紫外性和耐水性的特点，有良好的力学性能及粘接性能。

关键词：自流平;单组分;透明脱醇型;有机硅密封胶

中图分类号：X703 文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）02-0026-04

有机硅材料种类众多，性能优异，在工业生产、国防军工、高新技术等领域广泛的应用。单组分室温硫化有机硅密封胶具有优异的耐紫外线、耐老化性、防水防潮和电气绝缘性，同时使用方便，在电子、建筑、交通运输等行业有着十分广泛的应用[1]。

常见的透明有机硅胶分为脱醇型、脱酮肟型、脱醋酸型，其中脱醇型有机硅密封胶在硫化时释放的小分子为醇类[2]，具有无味、对金属无腐蚀、粘接性好、固化速度可调整等特点。随着科技的不断发展，电子元器件的不断革新，脱醇型自流平透明有机硅密封胶除在建筑领域的应用外[3]，同时在电子产品上具有很好的发展前景。一些常见的透明脱醇胶，使用钛络合物作为催化剂，容易导致黄变，生产过程中会出现黏度高峰，制备的密封胶贮存性较差[4]，而使其在研发与推广方面受到了一定的阻碍。本文以107硅橡胶为基胶，白炭黑为填料，配以交联剂、硅烷偶联剂、有机锡催化剂等制得一种自流平，透明度好，耐黄变性优异，对金属、玻璃、玻璃纤维、PMMA、PC、ABS等基材有良好的粘接性的脱醇型自流平单组分透明有机硅密封胶。

1 实验材料

1.1 原料与仪器

α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷：黏度（25 ℃）20 000、80 000、1 500和5 000 MPa·s（日本信越有机硅）;黏度（25 ℃）350 MPa·s二甲基硅油（瓦克有机硅）;气象白炭黑（瓦克有机硅）;甲基三甲氧基硅烷（新蓝天化工有限公司）;3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、3-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560）（曲阜晨光化工有限公司）;3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-540）（荆州江汉精细化工有限公司）;二月桂酸二丁基锡，市售。

实验仪器：双行星搅拌设备（广东省佛山市金银河机械设备有限公司）;邵尔A硬度计TH200（时代集团公司）;厚度计，O-12.7（上海六菱仪器厂 ）;拉力试验机，（深圳新三思技术计量有限公司）;UVA-340紫外箱（东莞市莱思测试设备有限公司）;DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱（上海鸿都电子科技有限公司）;水-紫外老化试验箱（郑州中原思蓝德高科股份有限公司）;高溫高湿试验箱（伟煌科技）。

1.2 硅酮密封胶的制备

将不同黏度的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、二甲基硅油按一定比例加入双行星搅拌器中，然后加入干燥好的气相白炭黑，真空搅拌10 min，搅拌混匀后，逐步加入交联剂、催化剂及其他助剂，真空搅拌一段时间后，将制得的透明硅酮密封胶压入包装管中密封贮存，做相关性能测试。

透明硅酮密封胶的组成及基本配方：100份107硅橡胶，10～20份二甲基硅油，6份气相白炭黑，3～11份交联剂，1～2偶联剂，0.1～1份催化剂。

1.3 性能测试

（1）表干时间：按GB/T 13477.5—2002测试;

（2）邵尔A硬度：按GB/T 531.1—2008测试;

（3）固化深度：在温度21～25 ℃、相对湿度45%～55%条件下，使用固化深度板检测样品24 h的固化深度;

（4）拉伸性能：按GB/T 528—2009测试;

（5）自流平性能：按GB/T 33403—2016测试;

（6）粘接性能：按照GB/T 14683—2017、GJB 360B—2009测试。

2 结果与讨论

2.1 不同黏度的107胶对透明硅酮密封胶性能的影响

不同黏度的107硅橡胶的聚合度、端羟基含量各不同，因而107硅橡胶黏度对密封胶的拉伸强度、断裂伸长率、硫化速度、交联密度、流动性等有影响。实验选择用不同黏度的107硅橡胶进行复配，通过性能对比选出性能最为优异的配方，性能见表1。

由表1可见，107硅橡胶黏度越小，透明密封胶自流平速度越快，流平厚度越薄，自流平性能相对较好。而随着107硅橡胶黏度增大，透明密封胶自流平速度降低，流平厚度较薄，自流平性能变差。透明密封胶的固化深度、拉伸强度和断裂伸长率均有明显的提高，而硬度减小。这主要是随着107硅橡胶黏度增大，其相对分子质量越大，分子链越长，调配的透明密封胶交联密度越小，造成密封胶的柔韧性断裂伸长率增加，硬度降低，拉伸强度有所提高。考虑到自流平透明硅酮密封胶的综合性能和实际使用的操作性能，本文选择了将1 500 MPa·s和80 000 MPa·s的107硅橡胶按3∶7的比例进行复配来进行自流平硅酮密封胶的配制，其性能较佳。

2.2 交联剂对透明硅酮密封胶性能的影响

脱醇型密封胶的交联剂通常使用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷等，基于原料的普遍性和成本考虑，本试验选用甲基三甲氧基硅烷作为交联剂。在其他组分及用量不变时用甲基三甲氧基硅烷作为交联剂制得的脱醇密封胶，测试不同交联剂用量对密封胶性能的影响见表2。

由表2可见，交联剂对硅酮密封胶的性能有着直接影响：交联剂的用量对自流平透明密封胶的自流平性能影响显著，用量越大自流平性能越好;当交联剂用量不足，交联剂量偏少时，流平性能较差，交联反应不充分，胶体表面发粘，固化不充分，硬度较低，力学性能较差;而随着交联剂用量的增加，交联密度增大，硬度增大，拉伸强度增加，断裂伸长率减小，但是交联剂用量超过一定数值后，深层固化速率减小，表干时间变慢。在单组分室温硫化硅酮密封胶体系中，当交联剂中的烷氧基官能团数量相对于107硅橡胶的羟基数量过量，在硫化时，由于表面的烷氧基数量过多，与空气中的水分子反应，自身全部完成交联的时间越长，因而导致表干时间和失粘时间延长;而单组分硅酮密封胶固化时是由外到内，由于表面过量的烷氧基官能团越多，自身交联时间越长，同时较高的交联密度又进一步阻碍水气的渗入，从而使密封胶的深层固化时间变慢。过量的交联剂会提高硅酮密封胶的VOC和成本，不够环保且性价比较低。综合来看，选择7份交联剂时，密封胶的综合性能更佳。

2.3 偶联剂种类对透明硅酮密封胶粘接性能的影响

偶联剂在硅酮密封胶体系中是不可或缺的成分，主要用于提高密封胶对基材的粘接性能[5]。对于不同的基材粘接性能，选择合适的偶联剂是十分重要的。本实验所制备的密封胶除粘接密封玻璃和铝等建筑行业常用的基材外，主要应用于电子电器行业中，而在该行业中需要粘接密封的基材还包括玻璃纤维、PMMA、PC、ABS等基材，这对于密封胶的粘接性能有了更高的要求。本实验在其他组分不变的条件下，每100份107硅橡胶中添加1.5份偶联剂，不同种类偶联剂对密封胶的粘接性能见表3。

由表3可以看出，在本密封胶体系下，添加了带有氨基官能团的KH540对所实验基材粘接效果较好，而同样带有氨基官能团的KH550会使密封胶黏度增大;而偶联剂KH560和KH570对有机基材粘接效果不好。但因添加KH540后会使密封胶表面稍粘，因而与KH570复配使用。由实验可见，该两种偶联剂复配使用，与实验的基材均为内聚破坏，粘接性能良好，密封胶性能最优。

2.4 密封胶在本实验老化条件下的粘接性能

按照GB/T 14683—2017和GJB 360B—2009标准中所规定的老化条件，将自流平透明密封胶与实验基材粘接，养护一段时间后，在所实验老化条件下，放置7 d后，其粘接性能如表4所示。

由表4可见，在实验老化条件下，脱醇型自流平单组分透明硅酮密封胶与所粘接基材无脱粘现象出现，均为内聚破坏;说明具有良好的耐高溫、高湿及耐紫外性和耐水性能。

3 结语

以107硅橡胶（α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷）为主要基胶，甲基三甲氧基硅烷为交联剂，气相白炭黑为填料，配以偶联剂和有机锡催化剂制备了脱醇型自流平单组分透明硅酮密封胶，结果表明：使用30份黏度1 500 MPa·s和70份黏度80 000 MPa·s的107硅橡胶，7份交联剂甲基三甲氧基硅烷、0.8份KH540和0.7份KH570制备的脱醇型自流平单组分透明硅酮密封胶，该密封胶自流平性能良好，有着优异的操作性能、力学性能和深层固化性能，其对金属、玻璃、玻璃纤维、PMMA、PC、ABS等基材无腐蚀性且对基材具有良好粘接性能;还具有良好的耐高温、高湿及耐紫外性和耐水性能。能够广泛应用于电子电器和建筑领域的粘接和密封。

【参考文献】

[1] 幸松民，王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京：化学工业出版社，2000.

[2] 黄文润.单组份室温硫化硅橡胶的配置（七）[J].有机硅材料，2003，17（4）：39-44.

[3] 袁素兰，王有治，邹百军，等.自流平性有机硅密封胶的研制及应用[J].有机硅材料，2005，19（4）：17-19..

[4] 王轲，杨紫燕，徐晓明.单组分脱醇型密封胶的研制[J].有机硅材料，2014，28（4）：277-280.

[5] 周如江，唐海雄，魏宁波.单组分脱醇型有机硅密封胶制备工艺及其性能的研究[J].粘接，2011，32（7）：61-64.